高功率光纖激光器，是相對(duì)于光纖通訊中作為載波的低功率光纖激光器而言，它巧妙地把光纖技術(shù)與激光原理有機(jī)地結(jié)合在一起，是21世紀(jì)最先進(jìn)和最犀利的激光器。在機(jī)械加工、激光醫(yī)療、汽車制造和軍事等行業(yè)中屬于高強(qiáng)度光源。

　　與傳統(tǒng)高功率激光器相比，工作波長(zhǎng)在1060～1200nm范圍內(nèi)的高功率光纖激光器，具有轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、維護(hù)周期長(zhǎng)、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，其極高的效率和功率在材料加工方面可與傳統(tǒng)的YAG激光器相媲美。在焊接領(lǐng)域，激光軟焊和燒結(jié)所需的功率為50-500W，金屬焊接和硬焊為5-20kW，高功率光纖激光器完全能夠滿足其要求。

　　在工業(yè)應(yīng)用方面，高功率表光纖激光器在市場(chǎng)上較為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域是激光加工技術(shù)。激光加工技術(shù)是利用激光與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門加工技術(shù)。與機(jī)械加工相比，激光加工具有加工對(duì)象廣、非接觸加工、公害小、速度快、可自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“未來(lái)制造系統(tǒng)的共同加工手段。

　　近年來(lái)，高功率光纖激光器實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)表現(xiàn)出極佳優(yōu)勢(shì)特性，可提供超高的功率密度峰值，能達(dá)到幾個(gè)MW/mm2量級(jí)，這對(duì)于工業(yè)激光焊接而言至關(guān)重要。

　　02高功率光纖激光器的焊接優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用領(lǐng)域

　　相對(duì)于其他類型的激光器，高功率光纖激光器具有在極高功率下保證良好的光束質(zhì)量的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)更大熔深的焊接，且利用光纖傳輸能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程柔性加工，在焊接工程領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，日益引起各國(guó)的重視。目前，高功率光纖激光器已成功應(yīng)用于低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼、不銹鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金、鎳基合金等黑色和有色金屬材料的焊接，取得了豐富的研究成果。

　　光纖激光焊接機(jī)是以光纖作為工作介質(zhì)，其激光波長(zhǎng)為1.07μm。目前，摻鐿光纖激光器最高輸出功率可達(dá)100kW。由于光纖激光波長(zhǎng)為CO2激光的1/10，焦點(diǎn)光斑直徑也較小，因此，光纖激光與CO2激光的焊接特性呈現(xiàn)多方面差異，有資料表明這種差異與不同波長(zhǎng)激光和材料間的耦合特性相關(guān)，具體表現(xiàn)在等離子體和匙孔行為及其耦合作用、材料對(duì)激光能量的吸收、焊縫成形及焊接缺陷等。

　　當(dāng)前，高功率光纖激光器商用的功率達(dá)到了幾千瓦級(jí)，甚至達(dá)到萬(wàn)瓦級(jí)別，這是其它激光器達(dá)不到的功率。同時(shí)，光纖激光器還擁有相當(dāng)明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其光束質(zhì)量好，免維護(hù)，重量輕，而且均采用風(fēng)冷的方式，運(yùn)行成本較低，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)境應(yīng)用性強(qiáng)，特別是其加工工藝水平與加工效率更是讓其它激光器望塵莫及。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，智能化與機(jī)械運(yùn)行機(jī)構(gòu)相結(jié)合，顯得柔性更加充足。因而，在高端汽車制造，航天航空，船舶等金屬與非金屬的制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

　　典型應(yīng)用

　　國(guó)際上選用光纖激光焊接技能應(yīng)用在在造船、轎車制作業(yè)上。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家中，大約有50%—70%的轎車零部件都用到了激光加工技能，并以激光焊接和激光切割為主。上海大眾等轎車制作廠也選用激光加工技能焊接車身與箱體等部件。

　　車身焊接的優(yōu)點(diǎn)：

　　車身激光焊接主要有加熱范圍集中且精確可控、焊接變形小、焊接速度快等特點(diǎn)。激光焊接與常見的電弧焊對(duì)比，激光光斑直徑可以精確控制，通常照射在材料表面的光斑直徑在0.2-0.6mm的范圍內(nèi)，且越靠近光斑中心的位置能量越高（能量從中心到邊緣呈指數(shù)衰減，即高斯分布），激光焊的焊縫寬度可以控制在2mm以下。由于激光焊接的能量很集中，從而熔化的材料少，需要的總熱量小，因此焊接變形小，焊接速度快。

　　1）上海大眾轎車制作

　　與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，大眾激光焊接工藝有所不同，激光焊接技術(shù)使不同鋼板之間的鏈接達(dá)到分子層面的結(jié)合；在焊接后，原不同的鋼板相當(dāng)于一整塊鋼板。這一技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，如焊接裝置與焊件無(wú)機(jī)械接觸，降低對(duì)工件的污染；加熱集中，能量密度大；熱影響區(qū)小，產(chǎn)生的熱變形和熱損傷少；焊縫美觀，焊縫強(qiáng)度大；通過(guò)數(shù)控，能精確控制能量輸出，焊接速度快，生產(chǎn)率高等。它不僅給車身加工帶來(lái)了更高的精度和效率，同時(shí)也使車身的剛度及強(qiáng)度得到大幅提升，車輛行駛舒適性、穩(wěn)定性、振動(dòng)機(jī)噪音均得到明顯改善。

　　2）大型船廠加工

　　歐美及日本主要的大型船廠已很多選用激光加工技能，例如美國(guó)在最新締造的新型船只上廣泛運(yùn)用高強(qiáng)度，低合金鋼的T型構(gòu)件，選用激光焊接技能，使船只的分量大大降低。船體平板為了習(xí)慣海洋流力學(xué)的需求，都被規(guī)劃成具有雜亂的三維曲率形狀，激光輔佐平板成型技能能夠替代吃力、費(fèi)時(shí)、具有必定的危險(xiǎn)性的機(jī)械加熱成型技能，運(yùn)用前景良好。日本的Kawasaki重工等造船公司現(xiàn)已安裝了高功率激光平板切開體系。

　　在船舶制造中，適合進(jìn)行激光焊接的部位主要有船舶甲板及艙壁，因?yàn)榇凹装寮芭摫诤缚p平直、長(zhǎng)度長(zhǎng)，且以平板對(duì)接及T型接頭為主，由于美觀需要，其焊縫要求成形好、焊后板材的變形量小，激光焊接當(dāng)是首選。

　　船舶全位焊接時(shí)，激光焊接工藝不僅可以對(duì)相同材質(zhì)進(jìn)行焊接，還可以對(duì)不同厚度材料進(jìn)行焊接。鋼板激光焊接過(guò)程中，出現(xiàn)缺陷會(huì)及時(shí)報(bào)警，以便及時(shí)重焊，避免發(fā)生斷帶現(xiàn)象。并且在焊前裝配狀態(tài)及拼縫位置、焊接過(guò)程的穩(wěn)定性、焊后焊縫質(zhì)量等的在線檢測(cè)，對(duì)可能導(dǎo)致焊接缺陷、拼縫位置偏離等進(jìn)行預(yù)報(bào)。

　　在造船過(guò)程中，加工的材料大多數(shù)為3~12mm厚的板材，這些板材焊接件由于焊接過(guò)程中較大熱輸入而發(fā)生翹曲和變形是傳統(tǒng)造船方法中所面臨的主要問(wèn)題。在建造船身的時(shí)候，約25%的工作量是對(duì)船板整形和錘平，需要達(dá)到要求的平整度和曲率，這樣才使得船板能固定在一起。

　　激光焊接技術(shù)用于造船的主要優(yōu)勢(shì)就是低變形。目前，激光焊接結(jié)構(gòu)用夾層板、角型材、T型材、十字型材和對(duì)接焊接船板等已經(jīng)為世界造船界所接受。